RANCANG BANGUN RELE ARUS BEBAN LEBIH
UNTUK MOTOR LISTRIK TEGANGAN RENDAH
BERBASIS MICROCONTROLLER
Putri Humaira, Budhi Anto, Dian Yayan Sukma
Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Riau KM 12.5 Panam, Pekanbaru, 28293
Email : [email protected]
ABSTRACT
Protection system is one important part of the electrical system. Relay is an important part
of a system of protection, relays commonly used to secure the low voltage of the electric
motor from overload is Thermal Overload Relay (TOR) which is a type of electromagnetic
relays. Now the relay has been made to cope with the load over a microcontroller-based
digital relay. This work is based on the characteristics of relay inverse where the greater the
fault current relay will work more quickly, with the selection of class 10 which is a type of
class that is on overload relays in general. Working principle of overload relay
microcontroller based ATMega8535 this is if the current exceeds the current setting
ATMega8535 microcontroller will then instruct the driver to trip relay with inverse time
characteristics, with the length of time specified by the trip ATMega8535 microcontroller,
and a low voltage electric motor will stop.
PENDAHULUAN
Rele merupakan bagian penting dalam suatu sistem proteksi, rele proteksi yang umumnya digunakan berupa rele proteksi konvensional. Rele proteksi tipe konvensional ada dua jenis, yaitu tipe elektromagnetik dan tipe statis, rele tipe elektromagnetik memiliki beberapa kekurangan diantaranya penambahan beban untuk trafo ukur, waktu operasi yang lama, permasalahan kontak, kerusakan dengan cepat, keadaan ini dapat membahayakan sistem tenaga listrik, sedangkan untuk rele tipe statik dapat memenuhi beberapa kekurangan pada tipe elektromagnetik namun tipe statik ini masih memiliki kekurangan yaitu tidak fleksibel, tidak mudah diubah untuk sistem yang kondisinya berbeda dan kompleksitas sistem yang berbeda pula.
Rele yang biasa digunakan untuk mengamankan motor listrik tegangan rendah adalah Thermal
Overload Relay (TOR). Namun rele ini masih
memiliki kekurangan yaitu membutuhkan beberapa waktu bagi bimetal hingga dingin untuk kembali kebentuk semula supaya motor dapat bekerja kembali sehingga dapat menghambat kinerja motor jika gangguan merupakan gangguan ringan yang dapat diatasi dalam waktu singkat, tanpa perlu menunggu bimetal untuk dingin kembali.
Untuk itu perlu dilakukan pegembangkan peralatan pengamanan motor tegangan rendah, maka akan dibuat rele arus beban lebih berbasis
microcontroller. Rele digital ini lebih unggul dari
rele konvensional, respon yang cepat terhadap gangguan, keakuratan dalam perhitungan, fleksibel serta dapat berkoordinasi dengan baik.
Rancang bangun Rele arus beban lebih berbasis
Microcontroller yang menganalisis tegangan dan
arus sistem tenaga untuk tujuan mendeteksi beban lebih pada motor listrik tegangan rendah terdiri dari beberapa rangkaian. Setiap blok rangkaian memiliki fungsi dan cara kerja masing-masing namun saling terkait. Diagram blok Rele arus beban lebih digital diperlihatkan pada gambar 1.
Input Arus Sinyal trip ke Kontaktor Masukan dari CT Pengkondisian Sinyal Perbandingan Pembacaan ADC Dengan Setting Konversi ADC
Setelan arus pick up Mikrokontroler
Driver Rele
Gambar 1. Blok Diagram Rele arus beban lebih dijital
METODOLOGI
Metode penelitian rele arus beban lebih berbasis
microcontroler ini dilakukan sebagai berikut :
1. Rancang bangun peralatan
2. Pemrograman microcontroller
ATMega8535
3. Pengujian prototype rele
4. Perancangan algoritma dan penyettingan rele melaui pemrograman
Penyearah presisi merupakan rangkaian pembacaan arus yang mengkonversikan besaran arus AC menjadi DC secara penuh. Kemudian keluaran dari penyearah presisi ini akan masuk ke rangkaian utama yaitu rangkaian pembuat keputusan microcontroller ATMega8535.
Rangkaian
pembuat
keputusan
(microcontroller)
berfungsi
membaca
tegangan keluaran dari rangkaian penyearah
presisi kemudian mengkonversikan nilai
bacaan analog menjadi dijital oleh ADC.
Microcontroller ATMega8535 yang juga
merupakan
microcontroller
AVR
yang
memiliki ADC internal yang langsung akan
difungsikan melalui program.
Gambar 2. Menunjukan pengunaan komponen lain yang terpasang pada microcontroller
ATMega8535.
Gambar 2. Skema Rangkaian Microcontroller ATMega8535 dengan Komponen Pendukungnya
Setelah semua rangkaian di atas siap maka dilakukan pengkalibrasian, dilanjutkan dengan melakukan pengujian terhadap peralatan.
Pengujian yang dilakukan berupa pengujian
prototype rele, pengujian ini dilakukan bertujuan
untuk memastikan bahwa masing-masing komponen pada masing-masing rangkaian dapat bekerja dengan baik dan pengujian setting rele terhadap rangkaian dan peralatan.
Berikut algoritma untuk program rele arus beban lebih berbasis microcontroller.
Mulai
I > Is Inisialisasi - Port - ADC
· Pembacaan Kombinasi Setting
· Pemilihan arus dan Waktu Setting Pembacaan Arus (I) * Led Biru Menyala Led Indikator Menyala Tanda Rele Telah Aktif
SLEEP (Microcontroller Idle)
· Sinyal Trip ke Driver Rele
· Led Merah mati
· Led Biru Menyala
Reset Proses inisialisasi dan
pemilihan setting setelah proses siap rele dalam keadaan siap beroperasi
Setelah penekanan tombol Start, rele dalam keadaan beroperasi
Rele bekerja ketika I > Is dan mengirim sinyal trip ke CB kemudian microcontroller idle
Tidak
Ya
Gambar 3. Flow Chart Program Rele arus beban
lebih Inverse Digital
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian prototype rele dan pengambilan data dilakukan untuk melihat kestabilan dan kelinieran yang dilakukan pada rangkaian pembacaan arus. Pengujian prototype rele juga dilakukan untuk pembacaan ADC oleh microcontroller
ATMega8535.
Rangkaian Lengkap pembacaan arus di perlihatkan pada gambar 4.1 di bawah ini yang menunjukkan skema pembacaan arus dan perubahan arus bolak balik (AC) menjadi tegangan bolak balik (AC) dengan pemberian resistor di sisi sekunder CT. Pada gambar 4.1 juga diperlihatkan penyearahan tegangan oleh penyearah presisi.
+ - -+ CT Ip Is Ke beban Vb Va Ra 1Ω IC TL072 IC TL072 R2 10 KΩ R1 10 KΩ R3 10 KΩ R4 10 KΩ R5 10 KΩ D1 1N4148 D2 1N4148
Gambar 4. Rangkaian lengkap pembacaan arus
Pada tahap pembacaan arus ini, berlangsung proses pengubahan arus menjadi tegangan oleh rangkaian pembacaan arus. Dengan hasil pembacaan arus dan tegangan ditampilkan dalam tabel 1 berikut.
Ip (A) Is (A) Va (V) Vb (V) 1.000 0.039 0.039 0.037 2.000 0.083 0.083 0.078 3.000 0.129 0.129 0.120 4.000 0.173 0.173 0.159 5.000 0.222 0.222 0.202
Tabel 1. Hasil Pengukuran Rangkaian Pembacaan Arus
Ket : Ip : Arus primer pada CT Is : Arus sekunder pada CT Va : Tegangan masukan pada
rangkaian penyearah presisi Vb : Tegangan keluaran dari
rangkaian penyearah presisi
Penyetingan rele ini menggunakan standar IEC 60255 dalam penghitungan lama waktu kerja rele maupun penghitungan nilai TMS karakteristik Standart Inverse (SI) rele dengan menggunakan rumus berikut.Dengan menggunakan kecepatan trip yang sudah ada di pasaran maka dipilih kecepatan trip class 10, class 10 ini menunjukkan kecepatan trip saat rele arus beban lebih yang dialiri arus 6X setting yang akan trip setelah 10 detik. Maka rele arus beban lebih akan diset pada t=10 s dan I/Is=6
Dengan rumus di atas maka didapatkan waktu
setting TMS adalah 2.6 s. Dan dipilih arus setting
sebesar 2.5 A.
Isetting = 2.5
Iinput ADC Ioutput T Status Rele
1 6 0.74 -15 Tidak Trip 2 16 1.97 -76 Tidak Trip
3 24 2.95 110 Trip
4 30 3.94 40 Trip
5 32 5.04 26 Trip
Tabel 2. Waktu kerja rele arus beban lebih berbasis microcontroller
Ket : Iinput : arus beban yang masuk dari sumber
ADC : nilai konversi analog to
digital yang masuk ke microcontroller
ATMega8535
Ioutput : arus yang keluar dari
microcontroller ATMega8535
KESIMPULAN
Setelah proses perancangan dan pembuatan rele arus beban lebih berbasis microcontroller yang menerapkan karakteristik waktu inverse ini, dapat disimpulkan bahwa :
1. Besar nilai arus yang masuk dari sumber kurang/lebih sama dengan nilai arus yang keluar dari
microcontroller ATMega8535
2. Penggunaan rangkaian penyearah presisi yang komponen utamanya adalah Op-amp ternyata efektif karena penyearahan dari AC menjadi DC tidak mengubah nilai tegangan.
3. Rele arus beban lebih berbasis
microcontroller bekerja ketika arus
yang masuk melebihi arus settingnya yaitu 2.5 A dan microcontroller ATMega8535 akan menghitung waktu kerja rele dan kemudian mengeksekusinya melalui driver rele dan rele trip.
DAFTAR PUSTAKA
Blackburn J Lewis, J Donim Thomas., 2007
Protective Relaying Principles and Applications third edition. Penerbit : CRC
Press Taylor & Francis Group.
Syafrinaldo Hendy., 2011. Rele Tegangan
Kurang (Under Voltage Rele) Terkendali Mikrokontroler. Pekanbaru Tugas Akhir Teknik Elektro UR
Suwitno., 2011. Bahan Ajar Mesin Listrik 2. Pekanbaru : Teknik Elektro UR.
Iswadi HR., 2011. Bahan Ajar Proteksi Sistem
Tenaga Listrik. Pekanbaru : Teknik Elektro
UR.
Anto, Budhi., 2003. Petunjuk Praktikum
Perancangan Instalasi Mesin Listrik.
Pekanbaru : Teknik Elektro UR.
Rahardjo, B., 2008. Pola Akses Internet Yang
Bursty. [Online] Available at:
http://rahard.wordpress.com/2011/04/04/pola-akses-internet-yang-bursty/ [Accessed 3 March 2011].
